風(fēng)電機(jī)組重大事故分析（二）

文 | 王明軍 高原生 杜作義

風(fēng)電機(jī)組重大事故分析（二）

文 | 王明軍 高原生 杜作義

在中國(guó)風(fēng)電的快速發(fā)展時(shí)期，不少風(fēng)電場(chǎng)出現(xiàn)了機(jī)組飛車(chē)、倒塌事故。事故原因多種多樣。在事故分析時(shí)，只有遵從風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的基本原理、設(shè)計(jì)理念，方能找出事故產(chǎn)生的真實(shí)原因，以避免類(lèi)似事故的再次發(fā)生。下面就某風(fēng)電場(chǎng)的飛車(chē)、倒塌事故進(jìn)行分析。

某風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的飛車(chē)倒塌事故

一、事故現(xiàn)象

某風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)發(fā)電機(jī)超速，在短暫的停機(jī)后，風(fēng)電機(jī)組的葉片又再次不明原因運(yùn)轉(zhuǎn)。事故機(jī)組發(fā)生飛車(chē)以后，機(jī)艙已經(jīng)全部燒毀，不能從監(jiān)控軟件和控制器獲取信息，除了事故現(xiàn)象和燒毀機(jī)組外，能夠得到的有用信息很少，這給事故分析帶來(lái)了一定的困難。而事發(fā)過(guò)程留下了很多謎團(tuán)，通過(guò)剖析事發(fā)時(shí)諸多特殊的現(xiàn)象，可找到事故發(fā)生時(shí)的確切原因。

該機(jī)組使用的是LUST直流變槳系統(tǒng)，Mita控制器WP3100，后臺(tái)為Getway軟件，由于事發(fā)時(shí)機(jī)組控制器數(shù)據(jù)沒(méi)有傳到后臺(tái)，機(jī)組全部燒毀，數(shù)據(jù)無(wú)法讀取。只能從現(xiàn)場(chǎng)人員那里知道當(dāng)時(shí)的一些現(xiàn)象和細(xì)節(jié)。

事發(fā)時(shí)風(fēng)速大約在10m/s左右。一方面，現(xiàn)場(chǎng)維修人員在事發(fā)時(shí)看到，事故機(jī)組在機(jī)艙冒煙后完全停下來(lái)了，其后又迅速啟機(jī)，并飛速旋轉(zhuǎn)，迅速倒塌；另一方面，控制室的監(jiān)控人員從監(jiān)控軟件上看到，機(jī)組達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速在2700rpm以上。由于廠家維修人員和業(yè)主監(jiān)控人員離出事機(jī)組距離較近，當(dāng)?shù)谝淮瓮C(jī)時(shí)，機(jī)組的機(jī)艙部分已經(jīng)冒煙，所以引起了他們的特別關(guān)注，第二次啟機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度又與平常機(jī)組啟機(jī)有明顯的區(qū)別，因此，所有現(xiàn)場(chǎng)人員都一致地描述到：“機(jī)組是完全停下來(lái)之后，經(jīng)過(guò)短暫停機(jī)，機(jī)組又再次迅速啟機(jī)”。

機(jī)組全部燒毀后，現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，三支葉片都沒(méi)有順槳；在第二節(jié)塔筒的中部位置折斷；主軸剎車(chē)器處于制動(dòng)狀態(tài)，剎車(chē)盤(pán)和主軸剎車(chē)片嚴(yán)重磨損。而其他部位沒(méi)有卡死和劇烈磨損的現(xiàn)象。

從以上的現(xiàn)象和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)留下的疑問(wèn)有：當(dāng)時(shí)機(jī)組是因什么故障而停機(jī)的；在機(jī)組停下來(lái)的同時(shí)，機(jī)艙因何冒煙、火源來(lái)自何方；而停機(jī)之后，沒(méi)有人復(fù)位，又怎么會(huì)自動(dòng)迅速啟機(jī)（在正常情況下，只有當(dāng)機(jī)組故障消除后，才能自動(dòng)復(fù)位）；是主軸剎車(chē)器剎不住還是自動(dòng)解開(kāi)了？如果主軸剎車(chē)器自動(dòng)解開(kāi)，又因何而解開(kāi)等眾多疑問(wèn)。

然而，此次事故最為關(guān)鍵的是：事后三支葉片都在零度位置，沒(méi)有任何收槳的痕跡。為何三支槳葉都沒(méi)有順槳？

二、事故的思考與問(wèn)題

（一）是否因屏蔽狀態(tài)碼造成飛車(chē)倒塌事故

該機(jī)組使用的是Mita公司所生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組控制器，其設(shè)計(jì)較為完善。該控制器把風(fēng)電機(jī)組所處的狀態(tài)都用與之對(duì)應(yīng)代碼表示，可以表明風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息以及剎車(chē)等級(jí)等，這就是狀態(tài)碼。

對(duì)于絕大部分的狀態(tài)碼，根據(jù)維修人員的技術(shù)水平與當(dāng)時(shí)的需要可以屏蔽（使其失效）；而有的狀態(tài)碼則由程序設(shè)定不能屏蔽，即使是用最高權(quán)限也不能屏蔽，例如：手動(dòng)停機(jī)（13）、電池檢測(cè)（95）、輪轂電池故障（57）、電池電壓低（1182、1184、1186）、變槳速度太慢（1919、1920、1921）、剎車(chē)反饋（429、455）、剎車(chē)磨損（415）以及與安全鏈有關(guān)的狀態(tài)碼等。也就是說(shuō)，任何現(xiàn)場(chǎng)人員都不能對(duì)這些狀態(tài)碼進(jìn)行操作。這樣，既能保證機(jī)組安全和人身安全，又能在處理故障時(shí)采取靈活多變的措施，根據(jù)維修人員的經(jīng)驗(yàn)、判斷和處理故障能力，在保證部件安全的前提下，以達(dá)到迅速分析、判斷、確認(rèn)并排除故障。

經(jīng)過(guò)以上分析，此次事故不可能是因現(xiàn)場(chǎng)人員屏蔽狀態(tài)碼造成，而事故原因何在？

（二） 有多道超速保護(hù)機(jī)組為何沒(méi)有停下來(lái)

當(dāng)機(jī)組第二次啟機(jī)時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速?gòu)?rpm一直飛升到2700rpm，中間順利通過(guò)了多道超速保護(hù)，而沒(méi)有順槳，則是交、直流順槳均沒(méi)有起作用。

該控制器為限制機(jī)組超速而設(shè)置的狀態(tài)碼有：213、 1905、1411、310、311、312、317、328、319、320。除狀態(tài)碼213是只報(bào)警不停機(jī)之外，其他的9道超速保護(hù)均為停機(jī)保護(hù)。

以上狀態(tài)碼,除213、1905、1411之外，其他超速狀態(tài)碼都由機(jī)組控制器的程序設(shè)定不能屏蔽。雖然狀態(tài)碼1905能夠屏蔽，但是，它的執(zhí)行是完全由變槳控制器控制的，即使在機(jī)組控制器中被屏蔽了，只要滿足觸發(fā)條件，葉輪順槳依然是要執(zhí)行的。

第一，狀態(tài)碼213（極端陣風(fēng)），限制超速，只報(bào)警不停機(jī)。

在出現(xiàn)瞬時(shí)颶風(fēng)時(shí)，報(bào)狀態(tài)碼213是降低額定轉(zhuǎn)速，把機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速降至安全轉(zhuǎn)速，即：機(jī)組在達(dá)到1960rpm，時(shí)間超過(guò)0.2秒，葉片以5°/s順槳，通過(guò)軟件把機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速由1780rpm降到1720rpm，使機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降后，機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速還可以再次上升且不停機(jī)。這樣，既保證發(fā)電又降低轉(zhuǎn)速，不至于超速。

第二，狀態(tài)碼1905（變槳自主運(yùn)行），剎車(chē)程序BP52，交流供電順槳。

順槳速度為5°/s。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到1950rpm時(shí)，硬件WP2135動(dòng)作，通過(guò)滑環(huán)傳到輪轂控制器，輪轂控制器接到信號(hào)后超過(guò)300ms，輪轂控制器不再接收機(jī)組控制器的任何命令，只按輪轂控制器程序設(shè)定進(jìn)行順槳。在執(zhí)行順槳的同時(shí)，輪轂控制器通過(guò)變槳通訊傳給機(jī)組控制器，由機(jī)組控制器報(bào)出故障，葉片順槳到90°。如果存在變槳通訊故障，實(shí)際順槳沒(méi)有執(zhí)行，則控制器不報(bào)此1905狀態(tài)碼故障。

第三，BP75限制超速狀態(tài)碼：1411（變頻器超速）、310（齒輪箱超速）、311（轉(zhuǎn)子超速）、312（發(fā)電機(jī)超速）均為交流供電收槳。

順槳速度為8°/s。1411是變頻器超速，達(dá)到2000rpm，變頻器發(fā)出信號(hào)通過(guò)Mita控制發(fā)出信號(hào)使機(jī)組安全停機(jī)。

310、311、312分別是齒輪箱、轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)軟件超速保護(hù)。機(jī)組達(dá)到相應(yīng)轉(zhuǎn)速，如2178rpm時(shí)，Mita控制器通過(guò)軟件，給輪轂控制發(fā)出指令，讓葉輪順槳使機(jī)組停機(jī)。

第四，BP200限制超速的狀態(tài)碼：317（轉(zhuǎn)子超速超過(guò)最大值）、328（齒輪超速超過(guò)最大值）、319（發(fā)電機(jī)WP2035超速）、320（轉(zhuǎn)子WP2035超速）均為電池順槳，同時(shí)，主軸剎車(chē)器參與制動(dòng)。

順槳速度理論上應(yīng)為15°/s，其實(shí)際速度要與電池電壓、電流、變槳電機(jī)、變槳齒輪箱有關(guān)，通常在10s之內(nèi)，三支葉片均能順槳到92°，主軸剎車(chē)器制動(dòng)，安全鏈斷開(kāi)。

狀態(tài)碼317、328分別是轉(zhuǎn)子、齒輪箱轉(zhuǎn)速超過(guò)最大設(shè)置值。機(jī)組達(dá)到相應(yīng)轉(zhuǎn)速，如2400rpm時(shí)，Mita控制器通過(guò)軟件控制，使機(jī)組控制器斷開(kāi)安全鏈。

狀態(tài)碼319、320分別是轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)硬件超速保護(hù)。機(jī)組達(dá)到相應(yīng)轉(zhuǎn)速，如2400rpm時(shí)，通過(guò)超速模塊內(nèi)的繼電器動(dòng)作斷安全鏈，使機(jī)組停機(jī)，而與機(jī)組控制器程序設(shè)定無(wú)關(guān)。

從上面可以看出，在絕大多數(shù)的超速停機(jī)中，只采取交流供電收槳方式，不觸及安全鏈，主軸剎車(chē)器不參與制動(dòng)。而這10道超速保護(hù)，無(wú)論是在并網(wǎng)狀態(tài)，或者是非并網(wǎng)條件都能使葉輪順槳。

不管是交流供電順槳，還是直流供電順槳方式，只要在順槳過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)報(bào)BP190故障，電池順槳再輔助以主軸剎車(chē)器，從而保證風(fēng)電機(jī)組能安全停下來(lái)。在主軸剎車(chē)器參與制動(dòng)的30s后，主軸剎車(chē)器自動(dòng)解開(kāi)。

當(dāng)順槳存在問(wèn)題時(shí)，主軸剎車(chē)器參與制動(dòng)也能使機(jī)組安全停下來(lái)。在此次事故的第二次啟機(jī)后，機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)了2700rpm，為什么沒(méi)有順槳？只要以上的超速保護(hù)設(shè)置有一道保護(hù)能起作用，就不可能出現(xiàn)三支槳葉同時(shí)停在零度位置的現(xiàn)象。

（三）主軸剎車(chē)器制動(dòng)是否有問(wèn)題

低級(jí)別剎車(chē)BP50、BP52、BP60、BP75采用交流供電進(jìn)行順槳；高級(jí)別剎車(chē)BP180、BP190、BP200采用電池供電順槳；BP190、BP200除了電池供電順槳外，還要輔助以主軸剎車(chē)器參與制動(dòng)。由于主軸剎車(chē)器參與停機(jī)制動(dòng)會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊載荷，對(duì)機(jī)組不利。因此，在一般情況下，機(jī)組只采用順槳來(lái)執(zhí)行停機(jī)，主軸剎車(chē)器不參與制動(dòng)。

機(jī)組停機(jī)，順槳起主要作用，即：交流供電順槳或電池順槳，主軸剎車(chē)器一般不參與停機(jī)制動(dòng)，主要在維護(hù)時(shí)使用；但是，當(dāng)出現(xiàn)交流供電順槳和電池順槳都不能使機(jī)組停下來(lái)時(shí)，例如：三槳葉同時(shí)不能順槳，主軸剎車(chē)器作為最后一道保護(hù)，參與制動(dòng)保證機(jī)組安全。

該機(jī)組是采用的是兩個(gè)被動(dòng)式（常閉）主軸剎車(chē)器，總的制動(dòng)扭矩為兩倍滿負(fù)荷扭矩。在三槳葉不能收回的條件下，風(fēng)電機(jī)組也可以安全停下來(lái)。機(jī)組在第一次停機(jī)時(shí)，三支槳葉同時(shí)不能順槳，應(yīng)該是主軸剎車(chē)器參與制動(dòng)，從而使葉輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)組完全停了下來(lái)。而第二次啟機(jī)后，主軸剎車(chē)器為何不能進(jìn)行有效地制動(dòng)？

（四）是否輪轂電池故障造成三支葉片同時(shí)不能順槳

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐來(lái)看，對(duì)于當(dāng)時(shí)所用的LUST輪轂，當(dāng)機(jī)組報(bào)輪轂電池故障時(shí)，一般都能順槳到92°限位開(kāi)關(guān)位置（安全位置）。而因輪轂電池故障造成有一支葉片不能順槳到預(yù)定位置的情況都很少，也就是說(shuō)，葉片大都能順槳到安全位置，至多由于電池電壓太低，電池沒(méi)有足夠的能量使葉片到達(dá)92°，而能順槳幾度，或幾十度。在現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)組運(yùn)行中，對(duì)于這種輪轂，當(dāng)電池檢測(cè)或高級(jí)別剎車(chē)時(shí)，因輪轂電池故障，又有一支葉片停在零度位置的情況極其罕見(jiàn)。

再者，對(duì)于Mita控制器WP3100來(lái)說(shuō)，無(wú)論是由于高級(jí)別剎車(chē)，還是電池檢測(cè)時(shí)，每當(dāng)報(bào)過(guò)“輪轂電池故障”后，按照控制器程序的設(shè)定，在8h以后，必然還會(huì)進(jìn)行電池檢測(cè)。如果電池電壓真低，機(jī)組還會(huì)報(bào)“輪轂電池故障”故障。此狀態(tài)碼不能屏蔽，一般情況下，只有將故障處理后才會(huì)再次正常運(yùn)行。

一般情況下，在報(bào)“輪轂電池故障”之前，電池檢測(cè)或高級(jí)別剎車(chē)時(shí)，會(huì)報(bào)“變槳速度太慢”。按照設(shè)定一周一次電池檢測(cè)，在前一次電測(cè)檢測(cè)時(shí)，三支槳葉都沒(méi)有報(bào)“變槳速度太慢”，也沒(méi)有報(bào)“輪轂電池故障”故障（從現(xiàn)場(chǎng)人員了解，事故機(jī)組運(yùn)行很好），而在需要電池順槳時(shí)，不只是一支槳葉在零度位置不能順槳，而是三支葉片都因輪轂電池故障不能順槳，從概率來(lái)講也是很難講得通。

假設(shè)，因輪轂電池故障有一支葉片停在零度位置不能順槳的概率為： 1×10－3

那么，三支葉片同時(shí)在零度位置的概率為：1×10－9

因此，在輪轂的其他元器件沒(méi)問(wèn)題且接線正確的情況下，三支葉片同時(shí)因電池供電不足停在零度位置不能順槳的概率極低。從概率來(lái)講，這樣的事件低到不可能發(fā)生的程度。

再?gòu)默F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐來(lái)講，當(dāng)時(shí)所使用的LUST直流變槳系統(tǒng)，因輪轂電池故障而造成兩支葉片同時(shí)出現(xiàn)順槳問(wèn)題，并保持在零度位置，至今還沒(méi)有發(fā)生過(guò)。所以，當(dāng)電池順槳時(shí)，因輪轂電池故障而造成三支槳葉同時(shí)在零度位置，既沒(méi)有理論依據(jù)，也沒(méi)有實(shí)踐依據(jù)。

機(jī)組飛車(chē)、燒毀和倒塌原因分析

一、該風(fēng)電機(jī)組的剎車(chē)原理分析

采用直流變槳系統(tǒng)的Mita控制器WP3100，每一個(gè)狀態(tài)碼都對(duì)應(yīng)一個(gè)剎車(chē)程序。當(dāng)一個(gè)狀態(tài)碼激活時(shí)就會(huì)執(zhí)行與之相對(duì)應(yīng)的剎車(chē)程序。當(dāng)有多個(gè)狀態(tài)碼激活時(shí)，剎車(chē)級(jí)別最高的狀態(tài)碼優(yōu)先執(zhí)行。在剎車(chē)過(guò)程中剎車(chē)程序不能降低，在執(zhí)行剎車(chē)程序期間，即使是具有最高剎車(chē)程序的狀態(tài)碼復(fù)位了，也要執(zhí)行完這個(gè)高級(jí)別剎車(chē)。

三支槳葉同時(shí)不能收槳時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到2400rpm時(shí)，則執(zhí)行硬件超速BP200剎車(chē)。此時(shí)完全通過(guò)硬件動(dòng)作執(zhí)行。在這種情況下，只與硬件有關(guān)，而與風(fēng)電機(jī)組控制器和輪轂軟件程序無(wú)關(guān)，也跟風(fēng)電機(jī)組外部供電與否及人為參與無(wú)關(guān)。

當(dāng)主軸剎車(chē)器在葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行制動(dòng)，要使機(jī)組停下來(lái)，一方面，葉片有巨大的慣性，主軸剎車(chē)制動(dòng)減速會(huì)產(chǎn)生很大的翻轉(zhuǎn)扭矩，有使塔筒沿葉輪旋轉(zhuǎn)方向折斷的趨勢(shì)，當(dāng)翻轉(zhuǎn)扭矩足夠大時(shí)，就會(huì)從塔筒的應(yīng)力集中點(diǎn)折斷；另一方面，要使葉輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪的動(dòng)能、勢(shì)能和葉輪繼續(xù)吸收的風(fēng)能都消耗在主軸剎車(chē)器和剎車(chē)盤(pán)上，會(huì)釋放巨大的熱量，同時(shí)可能產(chǎn)生劇烈的火花。因此，主軸剎車(chē)器上設(shè)計(jì)有主軸剎車(chē)器罩殼，避免火花飛濺造成機(jī)艙起火。但是，當(dāng)葉輪的能量足夠大時(shí)，剎車(chē)器產(chǎn)生的劇烈火花還是會(huì)燒穿剎車(chē)器罩殼，或者引燃周?chē)目扇嘉镏饘?dǎo)致機(jī)艙起火。

二、三支槳葉同時(shí)不能順槳原理分析

該機(jī)組使用的直流變槳系統(tǒng)，其安全性很高。在正常情況下，電池順槳電路是：電池→接觸器→變槳電機(jī)，其順槳方式與機(jī)組的控制軟件無(wú)關(guān)，包括輪轂控制軟件和機(jī)組控制軟件。

依據(jù)LUST電路圖，如果電池順槳控制回路，或旁路限位開(kāi)關(guān)回路被強(qiáng)行供上24V直流，那么，需要執(zhí)行電池順槳時(shí)，電池順槳控制回路就不能斷電，不可能切換到電池順槳。在執(zhí)行高級(jí)別剎車(chē)（需要電池供電順槳）或電池檢測(cè)時(shí)，機(jī)組會(huì)報(bào)“限位開(kāi)關(guān)故障”（1159）故障。

在輪轂交流400V供電，以及機(jī)組控制器與輪轂控制器通訊正常的條件下，還可以通過(guò)：交流400V→接觸器→輪轂驅(qū)動(dòng)器→變槳電機(jī)順槳，按照控制器WP3100程序控制，三葉片都準(zhǔn)確回到90度，保證機(jī)組安全。

但是，如果存在以上的線路故障（1159），在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，又報(bào)變槳通訊故障，則必然導(dǎo)致機(jī)組的三支葉片同時(shí)不能順槳。這將嚴(yán)重危及機(jī)組安全，也許正是由于這個(gè)原因，Mita控制器WP3100的狀態(tài)碼1159，由程序設(shè)定不能屏蔽。

在上述情況下，如果機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)有變槳通訊故障，輪轂驅(qū)動(dòng)器供電的交流400V斷開(kāi)，或不正常，對(duì)于LUST輪轂，能解開(kāi)變槳電機(jī)的電器剎車(chē)，但是，輪轂驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部不能切換到直流供電狀態(tài)，三支葉片不能完全順槳，在風(fēng)能和重力的作用下使葉片在一定程度上順槳，且三支葉片收槳的程度很難保持一致，從而使葉輪旋轉(zhuǎn)困難，有利于降低葉輪轉(zhuǎn)速，保證機(jī)組安全。

當(dāng)存在以上的線路故障（1159），在變槳通訊和輪轂驅(qū)動(dòng)器的交流400V供電都正常的情況下，運(yùn)行機(jī)組在緊急順槳，或電池檢測(cè)時(shí)，由機(jī)組控制器程序設(shè)定使三支葉片回都到90度位置。由于機(jī)組故障不能切換到正常的電池順槳回路，此時(shí)，在變槳通訊和變槳電機(jī)的交流供電都正常的情況下，機(jī)組通過(guò)外界供電，按照Mita控制器WP3100的程序設(shè)定使三支葉片同時(shí)回到90位置。也就是說(shuō)，此時(shí)，機(jī)組執(zhí)行交流供電順槳，保證機(jī)組安全。

通過(guò)以上分析可以看出，即便是存在1159故障，在輪轂與機(jī)組控制器通訊正常時(shí)也能保證機(jī)組安全，造成三支槳葉同時(shí)不能順槳的概率很低。

如果電池順槳控制回路，或旁路限位開(kāi)關(guān)回路被強(qiáng)行供上24V直流，報(bào)此故障后不作任何處理，采用一定的方法機(jī)組又可以順利啟機(jī)并網(wǎng)，不影響機(jī)組運(yùn)行。如果沒(méi)有出現(xiàn)高級(jí)別剎車(chē)和電池檢測(cè)，機(jī)組則不會(huì)報(bào)任何故障。因此，這種飛車(chē)、倒塌事故往往發(fā)生在“運(yùn)行得很好”的機(jī)組上。

如果沒(méi)有認(rèn)識(shí)到此故障的嚴(yán)重性，即便是機(jī)組在電池檢測(cè)時(shí)報(bào)出來(lái)了，也大都不會(huì)引起足夠的重視；從現(xiàn)場(chǎng)的故障處理來(lái)看，因涉及器件及電路較多，分析和處理此故障較為困難，這又進(jìn)一步增加了這種安全隱患存在的概率。

從故障的產(chǎn)生原因來(lái)看，這個(gè)故障也容易產(chǎn)生。在風(fēng)電機(jī)組廠內(nèi)生產(chǎn)調(diào)試時(shí)，一般都沒(méi)有把輪轂與機(jī)艙放在一起加以調(diào)試，因此，在出廠之前很難發(fā)現(xiàn)這種故障；在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，有不少風(fēng)電場(chǎng)存在以趕工期、趕進(jìn)度、多發(fā)電為根本目標(biāo)，只求并網(wǎng)、不求質(zhì)量的現(xiàn)象，不能及時(shí)排除此故障也在所難免；另外，當(dāng)維護(hù)葉片螺釘時(shí)，需要手動(dòng)變槳，如果機(jī)組控制柜的沒(méi)有維護(hù)開(kāi)關(guān)鑰匙，不能利用鑰匙對(duì)機(jī)組進(jìn)行操控時(shí)，有的維護(hù)人員，通過(guò)給電池順槳控制回路，或旁路開(kāi)關(guān)回路強(qiáng)行供電，以達(dá)到葉片維護(hù)葉片的目的，而在葉片維護(hù)之后又忘記了把線路還原，致使機(jī)組埋藏了這樣的安全隱患。

三、事故現(xiàn)象還原

由于某種原因，事故機(jī)組的電池順槳控制回路，或旁路限位開(kāi)關(guān)回路被強(qiáng)行提供24V直流，事故發(fā)生時(shí)，風(fēng)速較大，發(fā)電功率在1MW以上。由于沒(méi)有達(dá)到滿負(fù)荷發(fā)電功率，機(jī)組在事故之前葉輪的三支葉片都處在零度位置。此時(shí)，由于某種原因機(jī)組報(bào)“變槳通訊故障” （1157），剎車(chē)180，機(jī)組脫網(wǎng)、甩負(fù)荷，因存線路問(wèn)題，不能切換到電池順槳，三支葉片同時(shí)不能順槳，機(jī)組控制器因不能接收到應(yīng)有的變槳角度值，于是報(bào)“變槳速度太慢”，剎車(chē)190。在正常情況下，此時(shí)會(huì)電池順槳，同時(shí)主軸剎車(chē)器動(dòng)作，因電池順槳控制回路存在故障，不能切換到電池順槳，三支槳葉維持在零度位置。由于機(jī)組已經(jīng)脫網(wǎng)，葉輪儲(chǔ)存的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，葉輪飛升轉(zhuǎn)速很高，主軸剎車(chē)器參與制動(dòng)，以?xún)杀稘M負(fù)荷扭矩進(jìn)行制動(dòng)。由于三支槳葉同時(shí)不能順槳，機(jī)組已處于完全失控狀態(tài)，輪轂吸收的巨大能量全部消耗在主軸剎車(chē)器和剎車(chē)盤(pán)上，機(jī)組具有很大的火災(zāi)和倒塌風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)時(shí)主軸剎車(chē)器的罩殼沒(méi)有蓋上，主軸剎車(chē)器制動(dòng)產(chǎn)生的大量飛濺火花引燃了機(jī)艙罩殼、周?chē)挠臀酆推渌扇嘉?，機(jī)組冒煙。

主軸剎車(chē)的制動(dòng)力矩最終使機(jī)組停了下來(lái)，機(jī)組報(bào)“變槳速度太慢（BP190）”之后超過(guò)30s，主軸剎車(chē)器自動(dòng)松開(kāi)，此時(shí)，由于風(fēng)的作用，風(fēng)輪再次迅速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，轉(zhuǎn)速快速上升（類(lèi)似再次自動(dòng)啟機(jī)），葉輪旋轉(zhuǎn)起來(lái)的角加速度遠(yuǎn)超過(guò)正常啟機(jī)時(shí)的加速度。

在第二次葉輪轉(zhuǎn)速?gòu)?rpm旋轉(zhuǎn)起來(lái)后，因機(jī)組存在故障，到達(dá)并網(wǎng)轉(zhuǎn)速時(shí)，不能并網(wǎng)，葉輪所吸收的風(fēng)能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)組的轉(zhuǎn)速和角加速度，旋轉(zhuǎn)到1950rpm時(shí)，超速模塊動(dòng)作，機(jī)組可能執(zhí)行狀態(tài)碼1905，三支槳葉本應(yīng)該以5°/s的速度進(jìn)行交流供電順槳，但是，由于葉輪的轉(zhuǎn)速很高，還沒(méi)等到300ms延時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)速已經(jīng)到了硬件超速的設(shè)定值，或者，由于某種原因機(jī)艙的輪轂400V交流供電開(kāi)關(guān)已經(jīng)跳閘，機(jī)組沒(méi)能順槳；當(dāng)機(jī)組到達(dá)軟件超速值1960rpm時(shí)，可以執(zhí)行狀態(tài)碼213；在2000rpm時(shí)，可以執(zhí)行變頻器超速；到2178rpm時(shí)，還可以執(zhí)行軟件超速順槳，但是，因存在變槳通訊故障，機(jī)組控制器不能通過(guò)軟件對(duì)輪轂變槳進(jìn)行控制，這些順槳都不能執(zhí)行；最后到達(dá)2400rpm時(shí)，觸及硬件超速值，松開(kāi)后的主軸剎車(chē)器再次參與制動(dòng)。

此時(shí)，由于機(jī)組采用的是兩個(gè)被動(dòng)式主軸剎車(chē)器，靠彈簧壓力對(duì)機(jī)組進(jìn)行制動(dòng)，而前一次停機(jī)制動(dòng)時(shí)，剎車(chē)片已經(jīng)磨損嚴(yán)重，使得主軸剎車(chē)器的彈簧形變減小，制動(dòng)扭矩大大降低。機(jī)組第二次轉(zhuǎn)動(dòng)后巨大的勢(shì)能和很高的旋轉(zhuǎn)速度，主軸軸剎車(chē)器已不可能使機(jī)組的旋轉(zhuǎn)速度迅速降低，轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，機(jī)組旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)2700rpm。此時(shí)，主軸剎車(chē)器制動(dòng)產(chǎn)生的劇烈火花加劇了機(jī)艙可燃物著火，發(fā)生火災(zāi)，并且，在主軸剎車(chē)器制動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生了巨大的翻轉(zhuǎn)扭矩，最終使機(jī)組沿葉輪的旋轉(zhuǎn)方向倒塌，在塔筒的應(yīng)力集中點(diǎn)，即第二節(jié)塔筒處斷裂。

從機(jī)組設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐來(lái)看，如果只是空轉(zhuǎn)到2700rpm，而主軸剎車(chē)器不參與制動(dòng)，機(jī)組能在較長(zhǎng)時(shí)間旋轉(zhuǎn)，而不至于很快倒塌，塔筒的折斷是由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸剎車(chē)器在制動(dòng)產(chǎn)生了巨大翻轉(zhuǎn)力矩所致。

本次事故，機(jī)組本有多次順槳的機(jī)會(huì)，由于多種偶然如存在1159故障，同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中又發(fā)生了變槳通訊故障、且風(fēng)能量足夠大等，才促成了機(jī)組倒塌的必然。從本次事故來(lái)看，要排除機(jī)組存在的安全隱患，才是減少和避免機(jī)組飛車(chē)倒塌的關(guān)鍵。

總結(jié)與建議

從以上分析可以看出，此次事故的原因主要是由于引進(jìn)技術(shù)的時(shí)間很短，沒(méi)有充分地消化和吸收國(guó)外技術(shù)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足，加之，在風(fēng)電快速發(fā)展期，業(yè)內(nèi)人士普遍對(duì)機(jī)組的安全問(wèn)題缺乏足夠的認(rèn)識(shí)和了解，甚至人為地改動(dòng)線路制造安全隱患。

在通常情況下，機(jī)組控制器按照設(shè)定的電池檢測(cè)時(shí)間，定時(shí)按程序自檢，自檢通過(guò)以后自動(dòng)啟機(jī)，在機(jī)組定期的電池檢測(cè)時(shí)能發(fā)現(xiàn)1159故障；另外，為了便捷地檢查機(jī)組安全系統(tǒng)，檢查并排除1159故障，可以人為地在后臺(tái)軟件上啟動(dòng)自檢程序，對(duì)每臺(tái)機(jī)組的安全系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)，檢查機(jī)組是否存在安全性故障。只要對(duì)此故障有足夠的重視，并采取適當(dāng)?shù)拇胧?，此?lèi)事故是完全可以避免的。

雖然，風(fēng)電機(jī)組倒塌、燒毀事故的損失很大，但是，需認(rèn)真分析事故發(fā)生的真實(shí)原因，檢查和排除三支槳葉同時(shí)不能順槳的安全隱患，從根本上消除起火點(diǎn)，而試圖防止機(jī)組著火事故的發(fā)生，并不是簡(jiǎn)單地添加消防系統(tǒng)就能解決問(wèn)題的。從以上分析可知，對(duì)于這種因長(zhǎng)時(shí)間劇烈摩擦起火而造成的機(jī)組燒毀事故來(lái)說(shuō)，增加消防系統(tǒng)必定會(huì)使機(jī)組的生產(chǎn)成本增加，而不能對(duì)此類(lèi)火災(zāi)事故起到杜絕的作用，更不能避免類(lèi)似倒塌事故的再次發(fā)生。

如果把此次事故歸結(jié)為因“輪轂電池故障”造成，因此而過(guò)分地關(guān)注輪轂電池、無(wú)原則地更換電池，這樣，既增加了成本，又不能取得預(yù)防該類(lèi)事故的效果。由于電池壽命不僅跟使用時(shí)間有關(guān)，更與電池的使用環(huán)境、方法和條件等有關(guān)，對(duì)于類(lèi)似質(zhì)量合格輪轂系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)機(jī)組報(bào)輪轂電池故障時(shí)，再檢查和更換電池可能更科學(xué)一些。

結(jié)語(yǔ)

為了減少機(jī)組故障，避免重大事故的再次發(fā)生，應(yīng)該對(duì)國(guó)外風(fēng)電技術(shù)充分理解、消化和吸收，取長(zhǎng)補(bǔ)短、結(jié)合國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)及運(yùn)行狀況，重點(diǎn)檢查事故發(fā)生的關(guān)鍵部位，以達(dá)到減少、甚至避免極端事故發(fā)生的目的。

風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境惡劣，在控制器程序設(shè)定的條件下自主、自動(dòng)運(yùn)行。我們要以預(yù)防為主，不僅要防止機(jī)組燒毀、倒塌事故的發(fā)生，而且，還要考慮到生產(chǎn)、運(yùn)行和維護(hù)成本，最終達(dá)到機(jī)組在20年內(nèi)是盈利的，甚至在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)達(dá)到度電成本最低。

（作者單位:王明軍,高原生：東方汽輪機(jī)有限公司；杜作義：德昌風(fēng)電開(kāi)發(fā)有限公司）